[發(fā)明專(zhuān)利]針對(duì)多種干擾的多階段批次異步切換過(guò)程的魯棒預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911049076.2
• 申請(qǐng)日: 2019-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110764414B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施惠元;彭博;蘇成利;郝佳靜;李平;文馨
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 遼寧石油化工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 沈陽(yáng)銘揚(yáng)聯(lián)創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21241
• 代理人: 杜蕊

針對(duì)多種干擾的多階段批次異步切換過(guò)程的魯棒預(yù)測(cè)控制方法，屬于工業(yè)過(guò)程的先進(jìn)控制領(lǐng)域，包括以下步驟：步驟一：建立具有多種干擾的多階段批次異步切換系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型；步驟二：將構(gòu)建的異步切換系統(tǒng)狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)化為擴(kuò)展的異步切換系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；步驟三：設(shè)計(jì)基于上述擴(kuò)展模型的控制器；步驟四：計(jì)算控制器增益；步驟五：計(jì)算每個(gè)階段的平均駐留時(shí)間。本發(fā)明有效地避免異步狀態(tài)的出現(xiàn)，使系統(tǒng)穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確的運(yùn)行，這不僅可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，還有效地減少能源的損失，提升工廠的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)過(guò)程的先進(jìn)控制領(lǐng)域，涉及一種針對(duì)多種干擾的多階段批次異步切換過(guò)程的魯棒預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品種類(lèi)增多，市場(chǎng)需求變化加快，批次過(guò)程在工業(yè)生產(chǎn)中所占比重也越來(lái)越大。目前批次過(guò)程已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品、化工、制藥、塑料加工等行業(yè)。由于批次過(guò)程的復(fù)雜性和對(duì)控制精度的要求逐漸提升，導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制方法產(chǎn)生了局限性。除此之外，當(dāng)切換系統(tǒng)在不同階段間相互切換時(shí)，存在控制器不能及時(shí)切換的情況，此時(shí)上一階段的控制器不能很好的控制下一階段。在以往的研究中，針對(duì)多階段批次異步切換過(guò)程的控制方法為迭代學(xué)習(xí)法，由于不同時(shí)間系統(tǒng)受到的干擾不同導(dǎo)致系統(tǒng)的模型會(huì)發(fā)生變化，迭代學(xué)習(xí)這種利用上一批次的信息處理下一批次過(guò)程的方法會(huì)使系統(tǒng)的性能下降，這不僅會(huì)增加一些不必要的能源消耗，還會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失控。因此，針對(duì)具有不確定性、區(qū)間時(shí)變時(shí)滯、外界未知干擾和輸入輸出約束的多階段批次異步切換過(guò)程研究一種兼顧穩(wěn)定性、快速性和魯棒性的控制方法是非常必要的。

目前針對(duì)多階段批次異步切換過(guò)程主流的控制方法為迭代學(xué)習(xí)法，在理想條件下，這種控制方法可以有效的對(duì)多階段批次過(guò)程進(jìn)行控制，但在實(shí)際生產(chǎn)中由于多種干擾的影響，迭代學(xué)習(xí)的控制效果會(huì)大大降低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種針對(duì)多種干擾的多階段批次異步切換過(guò)程的魯棒預(yù)測(cè)控制方法。這種方法在系統(tǒng)受到不確定性、區(qū)間時(shí)變時(shí)滯、外界未知干擾、輸入輸出約束的影響和控制器沒(méi)有切換過(guò)來(lái)時(shí)仍然可以穩(wěn)定工作，從而保證設(shè)備安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。同時(shí)也為多階段批次異步切換系統(tǒng)的控制提出了全新的設(shè)計(jì)方案，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)引領(lǐng)全球技術(shù)體系的終極目標(biāo)具有非常重要的意義。

本發(fā)明為了使控制系統(tǒng)具有魯棒性能指標(biāo)的同時(shí)，還保留了預(yù)測(cè)控制中滾動(dòng)優(yōu)化求控制律的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)初期應(yīng)用魯棒預(yù)測(cè)思想，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮系統(tǒng)的不確定性、區(qū)間時(shí)變時(shí)滯、外界未知干擾等因素對(duì)系統(tǒng)的影響，將具有不確定性、區(qū)間時(shí)變時(shí)滯、未知干擾和輸入輸出約束的離散多階段批次異步切換系統(tǒng)表示為狀態(tài)空間的形式，然后將輸出跟蹤誤差引入到狀態(tài)空間中，建立新的擴(kuò)展的狀態(tài)空間模型。同時(shí)為了克服未知擾動(dòng)，引入H-infinity性能指標(biāo)。

最后給出基于LMI約束的系統(tǒng)穩(wěn)定條件，從而求解出可以同時(shí)使系統(tǒng)穩(wěn)定的控制律。并利用模態(tài)相關(guān)的平均駐留時(shí)間法，計(jì)算每個(gè)同步階段的最小運(yùn)行時(shí)間和異步階段的最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)控制器的提前切換。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

針對(duì)多種干擾的多階段批次異步切換過(guò)程的魯棒預(yù)測(cè)控制方法，包括以下步驟：

步驟一：建立具有多種干擾的多階段批次異步切換系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型；

一個(gè)實(shí)際的多階段批次過(guò)程可以表示為如下所示的具有不確定性、區(qū)間時(shí)變時(shí)滯和外界未知干擾的狀態(tài)空間模型：

式中，w(k)是表示在離散k時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)、輸入、輸出和未知外界干擾，d(k)是依賴(lài)于離散k時(shí)刻的時(shí)變時(shí)滯，滿(mǎn)足：

d_m≤d(k)≤d_M (2)